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Robot_Arm/arm/cad/parts/p07_forearm.py
T
cbb 649bd69810 refactor(layout): src/ 收成顶层包 arm/,入口统一 python -m;提升承担构建的 scratch 脚本
单文件约束取消后,Python 侧没必要再靠 16 处 sys.path.insert 维持扁平模块互认。
现在按职责分包:
  arm/paths.py 路径唯一来源(含新增 CACHE、TPL)
  arm/constants.py 实测接口数值(原 armcore 的 M/C/CLR/FIT/MOTOR_TOL 段)
  arm/cad/{helpers,arm_build,part_tools,parts/} 几何与装配
  arm/kinematics.py(原 human_layout.py,唯一运动学事实源)
  arm/analysis/{sweep_v2,strength_check,torque_balance,finalize_travel,ws_sweep,gen_env_mesh}
  arm/dataio/{screw_mesh,draw_sheet}   arm/viewer/{build_viewer,shot}
  arm/build_model.py(原 arm_model.py)

顺带修掉的既有缺陷(都是实测撞出来的,不是预防性改动):
- arm_model 第二次 sys.path 跳到 gitignore 的 scratch/ 去 import 构建必需的包络脚本:
  ws_sweep/gen_env_mesh 提升进 arm/analysis/,缓存挪到 data/cache/(gitignore,可重生成)。
- finalize_travel / draw_sheet 顶层就是"算完写文件",一次 importlib 冒烟测试就把
  docs/travel.json 重写了一遍;现在被 import 直接抛错。
- strength_check 用 OUT.replace("/out","/web") 靠字符串形状推路径,改成直接用 WEB。
- build_viewer 里 WORKSPACE 使用点漏改导致 NameError —— 已由构建关卡抓到并修掉。

os._exit 的处置与计划里的假设相反:实测光是 `python -c "import arm.cad.helpers"`
就会在解释器退出时段错误(exit 139,OCC 静态析构),全流程跑完也一样。所以入口
脚本尾部保留 flush + os._exit,并把原因写进注释;被 import 时不生效。

关卡(tests/):
- verify.py 一条命令跑三层:产物 md5、IK 数值 exact 段、截图。
- 截图基线重做并分级:同一构建连跑两轮实测 102 张逐字节可复现(要求 md5 相同),
  3 张线束 x-ray 不可复现(mean<=0.0017、无像素差>8)改为与参考像素比容差;
  这 3 张不再入库,免得每次跑关卡都脏 git。
- 新增 ?view=sheet / ?sheet=N / ?theme / ?guide=N 四个 URL 参数:工程图与装配向导
  占了约一半 CSS 和 700 行 JS,原先没有任何截图覆盖,拆它们等于没有关卡。
- 关卡灵敏度已验:改坏 IK 基线一个数 -> FAIL;换旧版求解器 -> 5 处 exact 差异。

实测:python -m arm.build_model 退出码 0,全部产物 md5 与基线一致,
105 视图截图全过,IK exact 段逐字节一致。
2026-10-15 03:31:20 +08:00

199 lines
14 KiB
Python
Raw Blame History

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This file contains Unicode characters that might be confused with other characters. If you think that this is intentional, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to reveal them.
# -*- coding: utf-8 -*-
"""P07 小臂骨架:J4 -> J5 的 L 型结构 + 顶板减重槽。"""
from arm.cad import arm_build as AB
import cadquery as cq
from arm import kinematics as HL
import math
from arm.cad.helpers import cyl
from arm.cad.arm_build import Ycyl, bx
from arm.kinematics import PLATE_T, X_ARM, Y_COVER, Y_HUB, Y_REAR, Z_EL, Z_WR
from arm.cad.part_tools import (
FILLET_SMALL, cut_motor_fence, hollow_channel, hub_m2_holes,
make_surface_tie_bridge_neg_x, motor_front_clamp,
)
P07_CH = dict(x0=-3.0, x1=43.0, y0=103.0, y1=153.0, z_floor=255.0) # 小臂顶板
def p_forearm_bone(j4, j5, half=None):
"""P07_小臂骨架_螺旋体30%_墙5底5_竖打 L型高刚度无干涉版(深度圆角优化版)
设计要点:
1. 改为与 P05/P08 统一的 L 型结构(L-bracket):
- +Y侧垂直背脊立柱(Y: y_hub_in..y_out),避开上级大臂骨架 P06(Y <= 155.5)
- 彻底消除原全深S弯在J4轴下方向两边突出的干涉结构(两边突出的结构全部去除)
- 垂直立柱与下方 M5 电机水平座之间采用规则折角(Corner Chamfer/Gusset)刚性连接
2. 下方 M5 电机实行半包散热结构,底部与内腔开窗散热
3. J4 轴俯仰动态行程从受限的 ±54° 大幅释放至无死角大范围摆动(零干涉)
4. 满足单实体 (solids=1) 与装配零碰撞。
5.【2026-10-02】M5 前端压盖(4xM3x8 BCD55)消除"电机只被后端板单面锁死"的倾斜隐患;
J4 从动侧整体让位:y_hub_in 由 158.5 后移到 J4_CLEAR=162.0,让出 P06 的 M4 前端压盖
(前端面 Y=161.0),留 1.0mm 动间隙。J4 直连凸台同步加长,3xS01 输出螺钉咬合量不变。
6.【2026-10-09】−X 侧线束走廊加一座外凸扎带拱桥 (y=102.5, Z=235):站出 3.2mm、桥下
3.2×1.8 穿带隧道沿 Y 贯通(与 P06/P03/P04 同配方)。走廊线心随之由 x=-17.5 提到 -20.7:
原线皮离本件 −X 面只剩 0.2mm,扎带没有容身处。
"""
y_out = Y_HUB + PLATE_T # 174.0
# J4 从动侧让位基准:必须 >= P06 的 M4 前端压盖前端面(Y_COVER+5.0=161.0) + 1.0mm
J4_CLEAR = Y_COVER + 6.0 # 162.0
y_hub_in = J4_CLEAR
y_front = Y_COVER - 0.5 # 155.5
y_rear = Y_REAR - 8.0 # 92.0
z_top_housing = Z_WR + 39.0 # 261.0 (顶面加厚 4.0mm,消除过薄破面问题)
z_roof_top = z_top_housing + 19.0 # 280.0 (顶板整条加高 19mm,用户确认方案4)
# 1. J5 电机前后安装环
collar_front = Ycyl(35.0, HL.Y_COVER - 6.0, HL.Y_COVER - 0.5, X_ARM, Z_WR)
rear_plate = Ycyl(35.0, HL.Y_REAR - 8.0, HL.Y_REAR, X_ARM, Z_WR)
s = collar_front.fuse(rear_plate)
# 2. J4 顶部从动法兰盘 (Y: y_hub_in..y_out, R=35mm, Z: Z_EL)
disc = Ycyl(35.0, y_hub_in, y_out, X_ARM, Z_EL)
s = s.fuse(disc)
# 3. M5 电机壳体水平顶部顶板 (Z: Z_WR..z_top_housing, Y: y_rear..y_front)
roof_w = (cq.Workplane("YZ", origin=(X_ARM, 0, 0))
.moveTo(y_rear, Z_WR)
.lineTo(y_rear, z_roof_top)
.lineTo(y_front - 3.0, z_roof_top)
.threePointArc((y_front - 3.0 + 3.0 * math.cos(math.pi / 4),
z_roof_top - 3.0 + 3.0 * math.sin(math.pi / 4)),
(y_front, z_roof_top - 3.0))
.lineTo(y_front, Z_WR)
.close()
.extrude(35.0, both=True))
s = s.fuse(roof_w.val())
# 4. L型垂直立柱臂 (+Y侧,Y: y_hub_in..y_out,从 Z_EL 顶端延伸至下方电机座)
vert_leg = (cq.Workplane("YZ", origin=(X_ARM, 0, 0))
.moveTo(y_hub_in, z_top_housing)
.lineTo(y_out, z_top_housing)
.lineTo(y_out, Z_EL)
.lineTo(y_hub_in, Z_EL)
.close()
.extrude(35.0, both=True))
s = s.fuse(vert_leg.val())
# 5. L型内侧圆弧加强过渡(Circular Arc Gusset,用户要求"改成圆弧而不是折角,消掉悬空小块")
# 彻底取代直角折角与直斜线折角,采用与顶面和立柱双相切的平滑内凹大圆弧 (R=28.0mm)
# 起点在顶板平整面 (y_arc_start, z_roof_top),精确相切至立柱内侧面 (y_hub_in, z_arc_end)
# 严控全域 Z >= z_top_housing,彻底消除侵入下方旋转副的悬空小方块与多余突起!
# 注:顶板整条加高19mm(z_roof_top=280)后,R28改R14使弧仍与顶板面光滑相切,不出现折角
R_arc = 14.0 # 随顶板加高联动重定:相切起点(144.5,280)->终点(158.5,294),避开P06环底z=297留3mm
y_arc_start = y_hub_in - R_arc
z_arc_end = z_roof_top + R_arc
p_mid_arc = (y_arc_start + R_arc * math.cos(math.pi / 4),
z_arc_end - R_arc * math.sin(math.pi / 4))
gusset_w = (cq.Workplane("YZ", origin=(X_ARM, 0, 0))
.moveTo(y_arc_start, z_roof_top)
.threePointArc(p_mid_arc, (y_hub_in, z_arc_end))
.lineTo(y_out, z_arc_end)
.lineTo(y_out, z_top_housing)
.lineTo(y_arc_start, z_top_housing)
.close()
.extrude(35.0, both=True))
s = s.fuse(gusset_w.val())
# 6. 下级 P08 旋转圆盘动态避让切除(R=35.5mm,预留 0.5mm 间隙)
p08_clearance = Ycyl(35.5, 156.0, y_out + 2.0, X_ARM, Z_WR)
s = s.cut(p08_clearance)
# 6b. 【2026-10-02 新增】顶板根部减重槽(见 hollow_channel)。
# 顶板在 Z255..280 一整段是壁厚最深 15mm 的实心料,而 J4 在 z=245 的安全系数
# 高达 122、z=195 也有 24。挖成朝上敞开的 U 形槽,顶板变成槽钢:
# 槽底 Z255 以下保留整块实心到电机座,抗弯的两片 X 向腹板(X-15..-7 / X47..55)
# 留在弯矩拉压区。Y 上限取 156 而非核心的 166,是为了避开 y_hub_in=158.5 起的
# 竖直立柱本体(立柱是 J4 从动法兰的承力柱,不能掏)。
# 槽顶 Z280 就是顶板上表面,敞口向上,免支撑、非封闭腔。
s = s.cut(hollow_channel(P07_CH["x0"], P07_CH["x1"], P07_CH["y0"], P07_CH["y1"],
P07_CH["z_floor"], 300.0, tag="P07顶板"))
# 7. M5 电机安装接口与定子空腔
# 【2026-10-05f 接缝整改】本件原先是全机唯一给腔径加 CLEARANCE_GAP(2.0) 的地方:
# front_collar_pocket(r_bore=32.25) + 一刀 Ycyl(32.5, Y_REAR-0.5, y_front-6)。
# 结果内壁是 35 -> 32.5 -> 30.2 -> 32.3 -> 30.2,比兄弟件多两道台阶
# (实测 scratch/bay_step_profile.py:z=5.5 处 32.5、z=49.5 处掉到 30.2、
# z=50.25 又回到 32.3)。
# 这 2.0mm 是「关节间隙」,但关节间隙是**轴向**让位(见 hub_gap / CLAMP_CLR),
# 径向把腔径撑大 2mm 只会让电机在腔里晃,且与 P05/P06/P08 不一致。
# 现统一走 BAY_R(30.50),与兄弟件同径,接缝归零。
# 【2026-10-03i】front_collar_pocket 随之删除:它切 cyl(BAY_R, 50.0..56.5),
# 是 Joint.pocket 那根 cyl(BAY_R, -2.6..61.6) 的子集,同半径重复相减
# 只会在腔壁上多出一条 s=50.0 的零宽棱。
s = j5.rear_mount_holes(s, t_plate=8.0, hole_d=2.8, cb_d=5.5, cb_depth=4.0)
s = j5.pocket(s)
# 【2026-10-07 修复:仅切除敞口侧承压面环墙,消除用户圈出的围挡】
# 仿照 P05 设计,只在敞口半侧(局部 y>=0)将承压面段(z: -REAR_SEAT..0)切平,
# 彻底消除用户红圈指出的承压面凸起围挡;顶板背脊侧(局部 y<0)绝对不动,杜绝切穿本体!
s = s.cut(j5.L(bx(-40.0, 40.0, 0.0, 40.0, -AB.REAR_SEAT, 0.0)))
# 【2026-10-05f】原 Ycyl(30.5+CLEARANCE_GAP=32.5, ...) 整刀删除:
# 它既撑大了腔径(接缝主因),又已被主腔 BAY_R 完全覆盖(纯冗余)。
# 半包散热设计:-Z底部电机定子通风口
vent_cut = bx(X_ARM - 40.0, X_ARM + 40.0, y_rear + 8.0, y_front - 6.0, Z_WR - 40.0, Z_WR - 25.0)
s = s.cut(vent_cut)
# 7b. 【2026-10-02 新增】M5 前端压盖 4xM3x8(BCD55):M5 原来只被后端板单面锁死,
# 大扭矩下会绕 J5 轴在座孔里点头。现在前端也面压夹一次(见 motor_front_clamp)。
# 必须在第 6 步 p08_clearance(R35.5 让位孔,Y>=156)之后熔接,否则压盖会被削掉。
# P08 的 J5 从动侧已相应后移到 Y>=162(make_pitch_to_roll_bracket 的 hub_gap=6.0)。
s = s.fuse(motor_front_clamp(X_ARM, Z_WR, tag="P07/M5"))
# 7c2.【2026-10-05e / 2026-10-07 修复】删掉前端"围挡"在敞口侧的那半圈环墙(见 FENCE_OPEN_CUT)。
s = cut_motor_fence(s, j5, "P07/M5", "P07")
# 8. J4 直连法兰结构(凸台延伸到法兰盘背面之后 2.0mm 跨过间隙与法兰盘牢固熔接,
# 保持单实体)。凸台长度跟着 y_hub_in 走:法兰盘后移时凸台同步加长,
# 3xS01 输出螺钉的头面台阶(局部 z=58)、杆长、咬合量与改前完全一致。
boss = cyl(17.8, 54.942, (y_hub_in - HL.Y_REAR) + 2.0)
s = s.fuse(j4.L(boss))
s = s.cut(j4.L(cyl(3.5, 54.0, 74.0 + 30.0)))
s = hub_m2_holes(s, j4, cb_z1=74.0 + 30.0)
# ========== 关键圆角优化 ==========
try:
# 后侧顶板外边缘圆角(平滑消除水平顶板与后部垂直端面交汇处的 90° 尖角,用户要求倒角改圆角)
wp_s = cq.Workplane(obj=s)
sel_rear = cq.selectors.BoxSelector(
(X_ARM - 40, y_rear - 1.0, z_roof_top - 1.0),
(X_ARM + 40, y_rear + 1.0, z_roof_top + 1.0)
)
s = wp_s.edges(sel_rear).fillet(FILLET_SMALL).val()
except Exception as e:
print(f"P07 顶板后边缘圆角异常: {e}")
try:
# 垂直立柱下部外缘圆角(消除立柱垂直外壁与下方悬空水平底面交汇处的 90° 尖角,用户截图红圈指定)
wp_s = cq.Workplane(obj=s)
sel_leg_bot = cq.selectors.BoxSelector(
(X_ARM - 40, y_out - 1.0, z_top_housing - 1.0),
(X_ARM + 40, y_out + 1.0, z_top_housing + 1.0)
)
s = wp_s.edges(sel_leg_bot).fillet(FILLET_SMALL).val()
except Exception as e:
print(f"P07 立柱下底外缘圆角异常: {e}")
# 9. −X 侧线束走廊扎带拱桥(与 P06/P03/P04 同一配方:站出 3.2mm、桥下 3.2×1.8 隧道、孔沿 Y)
# 线心随桥由 x=-17.5 改到 -20.5(桥顶 -18.7 + 线半径 1.8);本件 −X 面离走廊同样只有
# 2.0mm,原来线皮净空 0.2mm,扎带无从下手。
# 落点 Z=235 在 M5 壳体顶板的 −X 平面 (x=-15.5, Z222..280) 上:足迹 Z231..239 离顶板下缘
# 9.0mm、Y97.5..107.5 离 Y 边 5.5mm,实测平面度 0.00mm、背后 10.35mm 整实料;顶板减重槽
# 在 X≥-3 / Z≥255,与本桥不相交。
s = s.fuse(make_surface_tie_bridge_neg_x(X_ARM - 35.0, 102.5, 235.0,
w_y=10.0, l_z=8.0, h_x=3.2))
return s
JOINT = 'J4'
def specs(JS):
"""本件的 (件号, 中文名, 构建 thunk, 配色, 说明) 清单;顺序即 BOM 顺序。"""
j4 = JS["J4"]
j5 = JS["J5"]
return [
("P07_小臂骨架_螺旋体30%_墙5底5_竖打", "小臂骨架", lambda: p_forearm_bone(j4, j5, None), 0x7c3aed,
"V2 L型结构 + 顶板减重槽:+Y侧背脊立柱避让大臂骨架,过渡区采用与顶板和立柱双相切的R=28mm平滑内凹大圆弧,彻底消除直斜线折角与悬空阶梯小块,顶板前后外缘2mm倒角改R3圆角,立柱底端外下缘90°直棱倒R3圆角(平滑消除立柱外壁与水平底面交汇处直角尖角);顶板整条加高19mm(z261->280)加强连接且gusset弧R28->R14重定相切融入,J4圆盘外沿与立柱外棱不倒圆保持原始尖角,下方M5电机半包散热,俯仰大范围自由运动零干涉;【2026-10-02】顶板根部Z255~280开朝上敞开的减重槽(X-3~43 / Y103~153, Y上限取153避开y_hub_in=158.5起的竖直立柱本体):顶板由实心变槽钢,288->230cm3(-20%),槽底以下保留整块实心到电机座,抗弯靠两侧各10mm的X向腹板;槽底水平朝上、侧壁竖直、顶部敞开故零支撑且非封闭腔;开度按「减重区最差安全系数 >= 无槽基线 95%」选定(X-3~43 比最初的 X-7~47 收窄 4mm,强度从 88% 回到 96%);【2026-10-05 承压面让位腔改为 R35 圆腔、凸台与围挡一并消除】电机尾端垫片位(REAR_SEAT=2.6)用圆腔掏出承压面。**刀半径必须等于外壁 R35**(arm_build.SEAT_R):取小于 R35(曾试 32.2 = 64.4 方腔内切圆)时,刀半径与外壁之间那圈 2.8mm 环墙完整保留,而承压面只挖到刀半径,于是该环墙相对承压面【凸起】并把电机尾端面围住 —— 这就是用户截图里的一圈围挡(P08 实测 1536.9mm3)。它不是残留,而是 SEAT_R<R35 的必然产物。现 SEAT_R=35.0、SEAT_TOP=+1.0(越过尾端面 1mm,吃掉半包开口处那截0.052cm3 残片):承压面段整圈挖到外壁,承压面成为完整 R35 平圆盘,凸台与围挡一起消失,电机尾端面与承压面之间再无凸起。承力改由臂身本体承担(band 段 r36..58 有料方位 P04 10/36、其余各 15/36,其余方位靠 z>+1.0 杯体连接,无整圈通槽)。沉孔 z 区间(-8..-4)与圆腔(-2.6..+1.0)不重叠,S02 完好。连带:承压环由「方腔内切 32.2 − 沉孔外缘 30.25 = 1.95mm 窄环」变为「完整 R35 圆环 4.75mm」,受压面积 383->974mm²(2.5 倍)。【2026-10-04 承压面让位腔改为 32.2 圆腔】电机尾端垫片位(REAR_SEAT=2.6)之前用 64.4 **方**腔掏出来,方腔壁以外 z=-2.6..0 那圈料相对新承压面凸起 2.6mm,打印时是悬空薄壁(用户反馈:难打印、需支撑、公差差)。现承压面段改用**SEAT_R=32.2 圆腔**(= 64.4 方腔的内切圆半径,z=-2.6..0 与方腔平接)把整圈挖到承压面高度,凸台零残留;z=0 以上 PCBA 腔仍保持 64.4 方(PCB 是方的必须方腔)。**关键:刀半径必须取 32.2 而不是 R35** —— 中间试过 R35,结果把 r=32.2..35 的连接壁整圈切断:实测 P04 在 z=-2.6..+1.0 只剩 240~320° 方位有料,其余 360° 全掏空,后端法兰与杯壁之间出现 3.6mm 宽通槽 + 225° 一片 0.5mm 孤立薄片(用户截图:肩叉顶部「没连上」)。取 32.2 后 r=32.2..35 这圈 2.8mm 厚壁完整保留,360° 连续,既无凸台又与上方臂身连成一体(实测 5/5 件连接壁整圈连续、单实体)"),
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